Energieopslag voor het netwerk van de toekomst

03-08-2015   |   De jacht naar hogere rendementen energie-opslag

Grootschalig stroom opslaan in de vorm van warmte is slim. Er wordt alom naarstig gewerkt aan betaalbare technologieën voor het tijdelijk opslaan van grote hoeveelheden elektrische energie. Bekende voorbeelden daarvan zijn stuwmeren, accu’s, supercondensatoren, perslucht, vliegwielen en supergeleidende magneten. Opslag in de vorm van hoge temperatuur warmte ligt voor de hand; het wordt immers al succesvol bij CSP toegepast en kan wellicht de sleutel vormen tot de oplossing van het universele probleem van de variabiliteit van zon en wind.

Onze belangrijkste bronnen van duurzame elektriciteit, zon en wind, hebben de kenmerkende eigenschap dat hun intensiteit zeer wisselvallig is. Dientengevolge is het in veel situaties onmogelijk om de opbrengst van PV zonnepanelen en windturbines steeds aan te passen aan de vraag naar stroom. Bij Concentrating Solar Power centrales (CSP) is dat wel mogelijk dankzij het gegeven dat de door de spiegels opgevangen stralingsenergie met behulp van een transportmedium, gewoonlijk vloeibaar zout, naar de stoomketel wordt overgebracht. De energie is dus tijdelijk ondergebracht in dat zout tot hij gebruikt wordt om stoom te maken voor de stoomturbine die de generator aandrijft. Door simpelweg een groot geïsoleerd vat in het zoutcircuit op te nemen kan de productie van stroom vele uren worden uitgesteld.

Deze aanpak van de variabiliteit is lang niet overal toepasbaar en met name niet in Nederland, omdat hier de voor CSP benodigde directe zonnestraling te vaak ontbreekt. Voor PV daarentegen maakt het niet uit als het licht diffuus is, maar er is wel behoefte aan betaalbare systemen die de elektrische stroom langdurig kunnen opslaan en later weer leveren, zoals bijvoorbeeld accu’s of vliegwielen. Een van de interessantste alternatieven op dit gebied is het omzetten van de elektrische energie in warmte van hoge temperatuur, die zoals bekend goedkoop grootschalig kan worden opgeslagen.

20150803 Halotronics storage tanks.jpgIn de VS werkt de firma Halotechnics aan de technologie en in het VK de firma Isentropic. De aanpak van Halotechnics is: Houd het simpel en goedkoop. Stroom die binnenkomt gaat naar verwarmingselementen in een groot vat vloeibaar zout. Als er vraag is naar elektriciteit wordt de opgeslagen warmte gebruikt om stoom te maken voor een stoomturbine die een generator aandrijft. Zowel de eerste omzetting - elektrische naar thermische energie - als de tweede - thermische naar elektrische energie - gaat met forse verliezen gepaard, samen minstens 60%. De zogenoemde Round Trip Efficiency (energie uit)/(energie in) is dus hooguit 40% en de technologie lijkt daarmee op het eerste gezicht bij voorbaat kansloos. Dat juist het tegendeel het geval is, is het gevolg van de enorme schommelingen in de waarde van elektrische energie op de stroombeurzen. Rond het middaguur bijvoorbeeld is het aanbod van PV stroom zoveel groter dan de vraag dat stroom voor spotprijzen en soms zelfs gratis wordt aangeboden. ’s Nachts is stroom juist relatief duur, dus dan kan met de verkoop van de goedkoop ingeslagen stroom een behoorlijke winst worden geboekt en tegelijkertijd de balans van het net beter in stand worden gehouden.

20150803 Isentropic.jpgIsentropic volgt een andere strategie: Maximaliseer de Round Trip Efficiency door thermodynamisch het onderste uit de kan te halen. Hun systeem omvat een heet vat en een koud vat, beide gevuld met fijn vergruisd steen waar gas makkelijk door heen kan stromen. Het bijzondere is dat het koude vat ook echt koud is - de laagste temperatuur is -160°C. De vaten maken deel uit van een argon kringloop waarin een compressor de binnenkomende stroom gebruikt om het argon te comprimeren. Daarbij loopt de temperatuur ervan op tot 500°C en de druk tot 12 bar. De warmte wordt aan het hete gruis overgedragen waarna de druk een Stirlingmotor aandrijft. Daarbij koelt het argon af tot -160°C. Tenslotte draagt het zijn koude over aan het gruis in het koude vat.

Om het temperatuurverschil weer in stroom om te zetten wordt de compressor als Stirlingmotor gebruikt. Dit werkt efficiënter dan een stoomturbine omdat er geen warmte in een condensor verdwijnt; het systeem is thermisch geheel gesloten. Het grote temperatuurverschil zorgt voor hoge rendementen van de omzettingen van mechanische naar thermische energie en omgekeerd; er wordt een Round Trip rendement van 70% verwacht.

Beide ondernemingen zeggen dat de kosten van stroomopslag met hun technologie veel lager zullen zijn per kilowattuur dan bij accu’s of het oppompen van water naar hooggelegen meren, (Pumped Hydro) maar dat moet nog aangetoond worden.



« Terug naar nieuwsoverzicht